Résonance Électrique
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La résonance électrique est un phénomène qui survient dans un circuit LC (inductance + condensateur) lorsque la fréquence du signal excitateur égale la fréquence naturelle du circuit : f₀ = 1/(2π√(LC)). En installation industrielle, elle se manifeste principalement comme un problème indésirable — amplification destructrice de courants ou de tensions — mais peut aussi être exploitée (filtres anti-harmoniques, onduleurs).
Résonances rencontrées en installation électrique
| Situation | Fréquence de résonance | Effet / Risque | Protection obligatoire |
|---|---|---|---|
| Compensation capacitive + réseau inductif | f₀ proche de 50 Hz | Courants excessifs dans le banc de condensateurs — risque de destruction | Fusibles de protection + désintonisation obligatoires |
| Filtre passif anti-harmonique LC (rang 5) | 250 Hz (5e harmonique) | Court-circuite les harmoniques à cette fréquence → les absorbe | Calibrage précis du filtre requis |
| Filtre passif anti-harmonique LC (rang 7) | 350 Hz (7e harmonique) | Même principe, absorption des harmoniques de rang 7 | Calibrage précis du filtre requis |
| Circuit résonnant d’un onduleur | 20 000 – 100 000 Hz | Commutation douce (ZVS/ZCS) → rendement amélioré | Conception contrôlée — usage intentionnel |
Résonance indésirable : le cas de la compensation capacitive
En installation tertiaire ou industrielle, les bancs de condensateurs sont installés pour corriger le facteur de puissance (cos φ) et éviter les pénalités du distributeur. Le réseau possède lui-même une inductance propre (transformateurs HTA/BT, câbles). Si la fréquence naturelle f₀ du circuit formé par ces deux éléments tombe exactement à 50 Hz, une résonance série se produit : l’impédance du circuit chute théoriquement à zéro, seule la résistance limite le courant — qui peut alors dépasser de très loin les calibres nominaux.
Prévention par désintonisation : on ajoute une inductance de désintonisation (réactance série) représentant 5 % à 14 % de XC. Elle déplace f₀ en dessous de 50 Hz (typiquement vers 135-190 Hz pour une désintonisation à 7 %), rendant toute résonance au fondamental impossible. C’est une exigence technique imposée dans les installations neuves soumises à la NF C 15-100 dès que des bancs de compensation sont présents avec des charges non linéaires.
Filtre anti-harmonique : la résonance utilisée à bon escient
Un filtre passif LC accordé sur la fréquence d’un harmonique gênant (250 Hz pour le rang 5, 350 Hz pour le rang 7) présente une impédance quasi nulle à cette fréquence. Les harmoniques générés par les charges non linéaires (variateurs de vitesse, redresseurs) s’y engouffrent et ne remontent pas vers le réseau. Ce principe est courant dans les tableaux de compensation industriels comportant plusieurs cellules filtrantes.
Questions fréquentes
Comment sait-on qu’un banc de condensateurs entre en résonance ?
Les premiers signes sont des échauffements anormaux des condensateurs, des fusibles qui sautent sans cause évidente, et une mesure de courant dans le banc nettement supérieure au courant calculé. Un analyseur de réseau placé en amont confirme le phénomène en montrant une amplification des harmoniques proches de f₀.
La désintonisation à 7 % couvre-t-elle tous les cas ?
La désintonisation à 7 % (f₀ ≈ 189 Hz) est le choix standard pour des réseaux à taux d’harmoniques modéré. Dans des environnements à forte présence d’harmoniques de rang 3 (neutre saturé) ou lorsque le taux de distorsion dépasse 15 %, une désintonisation à 14 % (f₀ ≈ 134 Hz) est préférable.
La résonance peut-elle se produire en installation résidentielle ?
En résidentiel classique, les condensateurs sont absents (pas de compensation de facteur de puissance), donc le phénomène est rare. Il peut néanmoins survenir à petite échelle dans des alimentations à découpage ou des onduleurs photovoltaïques mal filtrés, sous forme de surtensions transitoires localisées — sans atteindre les niveaux destructeurs d’une résonance industrielle.
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